不同填料组合的曝气生物滤池脱氮工艺特性及机理研究

论文摘要

为了提高曝气生物滤池（BAF）脱氮工艺的处理效率和抗冲击负荷能力，并有效的降低投资成本和运行费用，本文采用沸石和陶粒填料分别构建两组不同填料组合的前置反硝化BAF脱氮工艺：陶粒-沸石BAF（C-Z BAF）和沸石-陶粒BAF（Z-C BAF）。比较两种组合在启动期、最优工艺条件及不同C/N比条件下的工艺特性；同时对两种组合的脱氮机理进行了初步探索。C-Z BAF和Z-C BAF的启动试验结果表明：启动初期C-Z BAF的氨氮去除率明显的高于Z-C BAF。通过系统出水中氮形态分布确定：两种组合启动初期主要通过沸石吸附作用维持较高的氨氮去除效率，启动中后期系统主要通过硝化作用去除氨氮；并且硝化菌在Z-C BAF中的挂膜速度比C-Z BAF更快。C-Z BAF和Z-C BAF的最佳工艺条件为：水力停留时间、气水比和回流比分别为1.5h、5:1、1:1和1.5h、5:1、2:1，相应COD、氨氮和TN的平均去除率分别为94.7%、99.0%、62.2%和93.2%、99.5%、70.1%。沿程污染物的去除特性的结果表明：（1）硝化作用主要在好氧滤池的进水端00.6m的填料区进行；（2）两种组合的好氧滤池都发生了明显同步硝化反硝化现象。对两种组合沿程细菌群落结构分析表明：影响微生物种群分布及相对丰度的主要因素中，溶解氧的贡献率>填料层高度的贡献率>不同填料组合的贡献率。在不同的C/N比条件下，Z-C BAF对TN的平均去除效率明显高于C-Z BAF，且在低C/N比条件下Z-C BAF的优势更显著。对比两种组合在不同C/N比条件的反硝化细菌群落结构发现，随着C/N比的降低，两种组合反硝化细菌的物种丰度和多样性显著性下降。低C/N比条件下，Z-C BAF的整个好氧滤池均能检测到相对丰度大于20%的nosZ基因优势T-RFs，而C-Z BAF好氧滤池顶端样品不能有效扩增到nosZ基因，证明Z-C BAF的同步硝化反硝化功能优于C-Z BAF。在常规C/N比条件下，C-Z BAF和Z-C BAF的脱氮效率差异不大；在低C/N比条件下Z-C BAF的脱氮效率显著性的高于C-Z BAF，因此，相比C-Z BAF，Z-C BAF在低C/N比且低浓度的废水处理方面更有潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 污水生物脱氮技术的发展现状
• 1.2.1 传统生物脱氮技术的发展现状
• 1.2.2 生物脱氮新技术的发展现状
• 1.3 曝气生物滤池工艺研究现状
• 1.3.1 曝气生物滤池概述
• 1.3.2 曝气生物滤池工艺的技术特点及影响因素
• 1.3.3 曝气生物滤池脱氮工艺的研究现状
• 1.3.4 沸石在曝气生物滤池脱氮工艺中的应用现状
• 1.4 污水生物处理系统中微生物群落分析技术
• 1.4.1 微生物群落分析技术概述
• 1.4.2 末端限制性片段长度多态性技术
• 1.5 本论文研究目的、内容及技术路线
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 第2章 C-Z BAF和Z-C BAF的启动试验研究
• 2.1 填料基本特性测定
• 2.1.1 填料的真密度、堆积密度和孔隙率测定
• 2.1.2 填料的晶体结构
• 2.1.3 氨氮交换容量测定
• 2.1.4 沸石离子交换速度
• 2.1.5 沸石等温吸附曲线
• 2.2 试验装置及分析方法
• 2.2.1 试验装置及工艺流程
• 2.2.2 试验仪器与设备
• 2.2.3 原水水质
• 2.2.4 测定方法
• 2.3 C-Z BAF 和 Z-C BAF 的启动性能试验研究
• 2.3.1 启动试验方法
• 2.3.2 C-Z BAF和Z-C BAF对 COD 的去除效果
• 2.3.3 C-Z BAF和Z-C BAF对氨氮的去除效果
• 2.3.4 C-Z BAF和Z-C BAF对总氮的去除效果
• 2.3.5 C-Z BAF和Z-C BAF填料表面生物膜形态观察
• 2.4 本章小结
• 第3章 C-Z BAF和Z-C BAF的工艺参数优化试验研究
• 3.1 水力停留时间的优化
• 3.2 气水比的优化
• 3.3 回流比的优化
• 3.4 污染物沿程分布规律研究
• 3.5 沿程细菌群落结构分析
• 3.5.1 T-RFLP 的基本步骤
• 3.5.2 结果与讨论
• 3.6 本章小结
• 第4章 C/N比对C-Z BAF和Z-C BAF脱氮性能的影响
• 4.1 C/N比对COD、氨氮及总氮去除效果的影响
• 4.1.1 C/N比对COD去除效果的影响
• 4.1.2 C/N比对氨氮的去除效果影响
• 4.1.3 C/N比对总氮的去除效果的影响
• 4.2 不同C/N比条件下微生物群落结构分析
• 4.2.1 总细菌
• 4.2.2 反硝化细菌
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果